智能垃圾监测管理平台

1总述

智能回收助手是一套实时监测箱内衣物量的企业工具。包括物量感知传感器(硬件部分)、回收助手小程序和回收助手 Web 端(软件部分)。回收助手以固体废物规划与管理为理论支持，物联网、云计算、互联网为技术支持，为回收企业优化管理，增效降本。回收助手中的硬件传感器部分安装至衣物箱内，通过光学传感器实时检测箱内部物量信息，并将信息发送至云端，通过云端的数据处理，将数据显示在微信小程序和 PC 端，帮助管理者管控公司，收运司机规划路径，实现及时回收，货物持续增长；提前回收，保证财物安全；节约成本，不跑空箱。

1.1硬件

智能监测传感器通过TOF激光测距来测量垃圾高度，测算出垃圾高度和垃圾桶口高度的比例，得出垃圾量占有百分比。

硬件满足方便安装、结实牢固、防污防水、测距准确、通信稳定等性能要求，以避免被偷窃、被干扰等问题。

图1 智能监测传感器图

智能监测传感器技术参数：

(1)电池续航时间   3年+

(2)电源   电池

(3)尺寸4.2*7.7*7.7（高*宽*长）（单位：cm）

(4)净重175g

(5)测量技术激光方法

(6)测量范围2cm-400cm

(7)测量频率   5min/次

(8)外壳材料ABS+PC高强塑料，具有较好的防污防水效果

(9)通信网络支持 LTE WCDMA 和 GSM 双标准网络

(10)定位技术支持基站定位

(11)运行温度   -40~80℃

2.垃圾管理大数据平台

2.1技术稳定

网络平台性能：要求数据传输网络畅通、快捷、安全、可扩展。

系统平台性能：要求采用通用性好的计算机系统、安全可靠的操作系统以及大型数据库系统，保证系统良好的性能。

应用支撑平台性能：要求应用支撑平台为业务应用系统的开发和运行提供技术支撑，并具有灵活的可扩充性和高度的可配置管理性。

应用系统性能：应用系统应满足用户的要求，稳定、可靠、使用。人机界面友好，输出、输入方便，图表生成灵活美观，检索、查询简单快捷。

安全性能：按照信息密级，在不同的信息安全域实施相应的安全等级保护，对不同安全等级的信息，通过身份认证和访问控制，实现授权访问；同时整个系统具备数据备份、恢复和应急响应等功能。

数据质量：系统数据应及时、准确、完整，能够满足汇总统计、制表制图、分析计算、模型测算等要求。

2.2系统总体架构

图2 系统总体架构图

2.2.1总体架构说明

应用层

应用层是直接与用户交互的层级，涉及数据监控系统、实时决策系统、统计分析系统和信息集成系统四个主要的系统，是基于数据的环卫智能化直接体现。

服务层

服务层是以基于微服务架构（Microservice-Oriented Architecture）和API网关（API Gateway）的低耦合组件化服务框架。微服务框架使得服务彼此之间独立灵活地部署和伸缩，不同组件之间的调用模式互不干扰。基于微服务架构的系统从自上而下的角度具有了极强的稳定性，对于微服务的单点故障能够通过无状态的通讯进行发现处理，同时不会因为单点故障而引起系统问题。

服务层的微服务架构模式通过分解单体式应用为多个微服务方法解决了复杂性问题。在功能不变的情况下，应用被分解为多个可管理的分支或服务。每个服务都有一个用RPC-或者消息驱动API定义清楚的边界。单个服务便于理解和维护，能够支持每一个微服务运行于不同系统（如Windows或Linux），不同配置（如单片机和高性能计算机）的物理主机，不仅支持常见的Java/C++/Python等语言甚至可以支持任意的框架和编程语言，提供实现环境无关的API服务。每个微服务能够独立的部署，避免了其它服务部署对本服务的影响，能够有效加快部署速度，使得持续化部署成为可能。

数据服务层

数据层是基于NoSQL的文档型数据存储集群，包含主查询数据集群、查询副本集和包含环卫监控数据库、地理信息数据库主要用于进行数据采集和更新的实时数据库。

NoSQL是非关系型的数据库系统，能够提供低延迟的读写速度，支撑海量的数据和流量，便于进行大规模集群的管理，尤其是在针对海量数据时NoSQL能够提供非常高效的Map-Reduce实现。对于在长期运行条件下的统计分析，具备MapReduce能够有效地提供数据计算效率和满足数据分析需求。

软件支撑层

提供基础公共的软件，是系统运行于硬件之上的基础，如操作系统软件、数据库软件和消息中间件、负载均衡器、GIS服务系统等。

基础设施层

基础设施主要为定位服务，云平台计算服务和无线传输系统和存储的设计等。

3.软件服务

3.1.1.实时显示垃圾桶位点及垃圾量

政府监督人员可以通过云端系统查看城市垃圾桶分布位点及实时垃圾量产生情况，可以点击垃圾桶，查看任意垃圾桶编号、当前垃圾量数据及历史垃圾量产生数据。垃圾清运人员能够通过手机地图实时了解垃圾桶垃圾量情况，并根据垃圾量大小分层级标准，一目了然。另外也可以点击垃圾桶，查看任意垃圾桶编号，当前垃圾量数据；也可以通过表格直接查看自己管理区域内哪些垃圾桶最满，哪些垃圾桶最空。垃圾量一旦达到警戒线（比如90%），则需要立即通知垃圾清运人员前去清理。

3.1.2.规划最优垃圾清运路线

垃圾清运人员在进行工作的时候，可以根据地图规划好的最优路径完成垃圾清运，以一天内最少的路程保证垃圾桶不溢满。最优路径需要明确清晰地标注在地图上，当垃圾清运人员点击开始工作，能直接显示出规划好的路径。

3.1.3方便政府监督人员监管垃圾清运人员

政府监督人员可以在云端系统监管垃圾清运人员的工作，查看垃圾清运人员工作量，清运车辆行驶路径，垃圾量产生量变化图。

3.1.4.对垃圾桶垃圾量进行分析对比和预测

根据垃圾桶每时、日、周的垃圾量进行对比分析，管理者能很快的看出管理范围内哪一处的垃圾量最多，哪些地方需要多铺设垃圾桶，哪些地方需要减少垃圾桶数量。并且根据历史数据，对每个垃圾桶未来的垃圾量进行预测，帮助垃圾清运人员了解垃圾量走势。

3.2应用平台

应用平台面向三类人群，第一类是政府监督人员，第二类是村级管理人员，第三类是清运人员。

图3 应用平台

3.3应用平台基本功能

应用平台基于GIS系统，具有以下基本功能：

垃圾桶点位分布与垃圾量查询

在地图界面上显示出所有垃圾桶的位点，并可以切换显示较满的垃圾桶和较空的垃圾桶。在点击某个垃圾桶图标时，在左侧显示出该垃圾桶目前的溢满情况以及历史数据。应用平台还会为清运人员提供最优的路径规划，减少清运人员不必要的下车查看，选择合理的时间进行清运工作。

人员管理分组

各级人员可以查询自己所在的小组及管理区域，政府监督人员具有分配低层级人员工作区域、工作内容等权限，并可以实时查看低层级人员的工作情况。

1.政府监督人员可以在数据界面一目了然地看到每个清运人员每天所清理的垃圾量、工作时间、工作效率以及各个行政区域内垃圾桶的密度和满溢频率，为政府监督人员提供决策支持。同时系统还可以根据收集到的历史数据，提出合理的垃圾桶分布方案。

4.政府监督人员权限（小程序）

政府监督人员具有一级权限，具体有以下功能：

4.1.垃圾桶溢满APP弹窗提醒：“xx路段有垃圾桶需要清理”，点击后进入规划好路径的地图界面。

4.2.垃圾桶状态显示：在地图上显示：绿色50%以下、黄色50%-80%、红色80%以上，点击后显示垃圾桶编号、当前垃圾量。同时在旁边表格上显示所有自己管理的垃圾桶的垃圾量，并且分垃圾量统计，如：未满5个、较满3个、已满2个（垃圾量按从高到低排序）。

4.3.各个垃圾桶每日垃圾量走势及预测。

4.4.垃圾桶报错功能：垃圾量不准、定位不准、设备损坏或丢失、其他。

5运行维护

运行维护内容包括网络管理、系统（主机系统、数据库系统、中间件系统）和应用管理、安全管理、存储备份管理、故障管理、技术支持管理等。

网络管理主要实现网络的配置管理、性能管理和可靠性管理。网络管理主要基于网络管理平台和设备管理软件实现。网络配置主要对网络拓扑结构和网络设备参数进行配置，网络性能管理主要通过对被管理设备的监控和轮询，获取有关网络运行的信息及统计数据，并在所收集的数据的基础上，提供网络的性能统计；网络可靠性管理主要对网络的运行状况进行监控和检查，及时察觉可能的故障，从而保证网络的正常运行。

系统管理主要实现对系统（主机系统、数据库系统、中间件系统）的配置管理、性能管理和可靠性管理。配置管理包括对系统资源的发现、提供、配置和控制；性能及可靠性管理主要对各系统的关键参数或重要资源进行监控和检查，了解系统运行情况，及时察觉系统可能的故障，从而保证系统的正常运行，提高系统可靠性。应用管理实现对各应用系统的性能管理、可靠性管理、版本管理和数据管理。性能管理包括对应用系统性能的监控和优化；可靠性管理包括及时监控应用系统运行情况，及时发现潜在的问题，保证正常运行；版本管理包括对应用系统的版本/补丁的管理、发布及升级，配合相关部门进行应用系统的相关测试、试运行和推广；数据管理包括按照有关规定及工作流程对后台数据必要的修改。

安全管理对象包括网络安全、系统（主机系统、数据库系统、中间件系统）和应用安全、存储备份安全。管理内容可分为安全管理制度的制定和落实、安全设备的配置以及管理与监控、安全管理故障的处理等。

存储备份系统运行维护管理的主要内容是备份策略管理、备份软件管理、备份数据管理及存储硬件管理。备份策略的选择，要统筹考虑需备份的总数据量、线路带宽、数据吞吐量、时间窗口以及对恢复时间的要求等因素，根据不同业务对数据备份的时间窗口和灾难恢复的要求，选择不同的备份方式，亦可将几种备份方式组合应用，以得到最佳的备份效果。数据管理包括数据的备份、异地转储、数据的归档和数据的识读等。

故障管理包括网络、系统和应用、安全、存储备份的故障发现、故障分类、故障转发、故障诊断、故障处理、故障及处理记录和统计等过程。

技术支持管理包括对运行维护技术支持平台中的技术支持手段和工具、技术支持人员等的管理。